光互联CPO行业：产业化提速，台积电COUPE引领硅光集成落地

执业证书编号：S1480518080001 投资摘要： 当下CPO已经成为光模块行业确定趋势。传统方案是采用可插拔光模块，部署在交换机前面板。但根据AI网络带宽的发展路线图，互连的速度、距离、密度及可靠性要求即将超越传统光模块所能提供的极限。为突破上述局限，CPO（光电共封装）已成为业界公认的AI及超算高密度互连终极方案，其通过将光引擎OE（Optical Engine）和交换芯片ASIC共基板封装在一起，实现极致能效、带宽密度与低时延。 CPO方案将带动全球硅光子（SiPh）产业链迎来发展拐点。过往硅光子依托CMOS工艺实现光电器件集成，处于小批量定制化阶段，始终缺乏大规模落地场景。而CPO则是硅光子规模化落地的刚需载体。受益于英伟达Spectrum-X以太网硅光技术2026年6月全面量产，CPO技术有望在2027年迎来规模化部署。硅光子SiPh产业链可以拆解为“材料-器件-封测-系统”四个层级。其中底层是材料层，主要包括热界面材料、底部填充材料、积层膜、玻璃芯基板、紫外胶等；第二层是核心有源及无源器件，主要包括散热部件、光学部件（波导、光纤、超构透镜）、激光源、光纤阵列单元等；第三层是代工制造与封测层，主要包括光学封装平台、电芯片测试、光芯片测试与耦合等；最后一层是系统模块，主要包括CPO光引擎以及CPO交换机芯片模组。 CPO市场2027年有望突破50亿美元。LightCounting在2026年4月对1.6T CPO产品出货量进行显著上调。2023-2026年，1.6T CPO产品为技术导入期，出货量几乎为零，处于试点部署阶段；2027年起进入大规模放量阶段，增长曲线陡峭上扬，2029年1.6T CPO产品出货量预测从约200万个大幅上调至约900万个，2031年则从约500万个上调至约1300万个。市场规模方面，CPO市场2027年有望突破50亿美元，2030年增长至150亿美元。 台积电COUPE平台实现光引擎先进3D异质集成。COUPE平台把先进逻辑工艺（7nm甚至更先进）的电子集成电路（EIC）直接堆叠在65nm SOI硅光工艺的光子集成电路（PIC）顶部，通过铜-铜混合键合互连，信号路径从毫米级缩短到微米级，是仅次于3D单片集成下的最短走线长度方案，技术路线处于行业领先地位。 COUPE平台提供PIC制造全面解决方案。在工艺优化层面，台积电采用光学邻近校正（OPC）技术，通过添加亚分辨率的辅助图形，或调整原始图形的尺寸与形状，补偿光刻与刻蚀过程中产生的图形畸变，大幅提升了器件的性能一致性与良率。在晶圆加工全流程中监测器件整体状态与性能，实现生产工艺和器件性能之间闭环反馈。COUPE对硅光器件线宽实施均匀度监控与优化，从而保障器件整体性能。COUPEPDK提供了覆盖O波段的完整Si/SiN无源与有源光器件库，为光子芯片设计提供了完整的基础模块。 台积电COUPE平台研制的核心器件实现优异的性能指标。无源器件方面，COUPE平台硅基无源器件覆盖1290–1330nm波长范围，包括高带宽、低损耗的波导、光栅耦合器、边缘耦合器、多模干涉仪和定向耦合器。在光栅耦合器方面，纯硅SPGC的峰值损耗约1.3dB；基于SiN/Si复合结构的SPGC，纯硅PSGC的TE与TM模式峰值损耗约2dB。在调制器与探测器方面，COUPE平台提供多种MRM结型设计，适配 不同的应用场景；锗光电探测器具备高响应度、超高速、低暗电流特性；双微环谐振器相比传统的单微环谐振器，实现了更优异的带外抑制性能，串扰水平大幅优化。 台积电COUPE平台实现技术落地与迭代，绑定标杆客户。2026年4月，台积电COUPE平台经过反复仿真与制程优化，已转化为完整的半导体制程技术。COUPE平台技术路线分三步走，产品性能与集成度逐级跃升。其中2026年实现基于台积电CoWoS（Chip-on-Wafer-on-Substrate）中介层技术的共封装光学（CPO），光学引擎直接集成在交换机基板上；规格为6.4Tbps光学引擎。2026年6月，基于台积电COUPE平台，英伟达新一代CPO交换机Spectrum-X实现量产。此外英伟达COUPE平台并不局限于单一的垂直整合生态系统。博通Tomahawk 6 Davisson交换机也将采用基于台积电COUPE的光引擎。 投资策略： 我们认为，CPO生态逐步形成，台积电与英伟达暂处于领先地位。但博通、英特尔、Marvell、Ayar Labs、三星等CPO解决方案厂商以及格芯、Tower Semi、意法半导体等硅光子代工平台也将加大研发，驱动硅光子产业加速发展。此外全球硅光子将从碎片化定制研发转向标准化代工量产模式。国内硅光新材料、无源以及有源器件、以硅光器件设计套件（PDK）、集成测试等厂商有望进入英伟达、台积电供应链体系，加速硅光子国产化验证与量产落地。 相关公司： 光模块、CPO/NPO：中际旭创、新易盛、天孚通信、华工科技、光迅科技； 光芯片：源杰科技、东山精密、仕佳光子、长光华芯； OCS：腾景科技、福晶科技、矩光科技、德科立； CPO设备：联讯仪器、罗博特科。 风险提示：（1）CPO技术路线碎片化；（2）CPO订单不及预期；（3）光模块产能过剩与价格下行；（4）供应链与地缘风险。 目录 1. CPO成为光模块终极方案，硅光子产业链迎来发展拐点.....................................................................................................42.CPO架构下光引擎跃升为价值链核心，形成2D封装到3D单片集成多元技术路线...........................................................73.台积电COUPE平台实现光引擎先进3D异质集成...........................................................................................................103.1 COUPE平台提供PIC制造全面解决方案..................................................................................................................113.2 COUPE平台研制的核心器件实现优异的性能指标...................................................................................................154.台积电COUPE平台实现技术落地与迭代，绑定标杆客户................................................................................................204.1 COUPE平台技术路线分三步走................................................................................................................................204.2英伟达与博通成为台积电光引擎代工标杆客户.........................................................................................................215.投资建议...........................................................................................................................................................................226.风险提示...........................................................................................................................................................................22 插图目录 图1：英伟达首款CPO交换机Quantum-X内部结构.........................................................................................................4图2：全球硅光子产业生态与供应链......................................................................................................................................5图3：全球1.6T CPO共封装光学出货预测...........................................................................................................................6图4：硅光子系统级应用架构.................................................................................................................................................7图5：CPO涉及多种光引擎集成封装方法.............................................................................................................................9图6：COUPE平台下光引擎集成架构与PIC器件截面.......................................................................................................10图7：硅光子（SiPh）核心器件的扫描电子显微镜实拍图....................................................................................................11图8：台积电（TSMC）硅光子（SiPh）工艺全流程监控与测试方案..................................................................................12图9：硅基光栅耦合器（SPGC）/微环谐振器（MRR）器件性能指标波动.......................................................................13图10：台积电Si/SiN硅光子平台工艺设计套件（PDK）器件库.......................................................................................13图11：台积电硅光子平台无源器件的性能仿真与实测结果.....................